复混肥高塔造粒数值模拟研究发展现状及展望.pdf

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1、第39卷第5期化工机械547复混肥高塔造粒数值模拟研究发展现状及展望4刘阿龙”韩冲彭东辉吴文华韩婕孙定芳(上海化工研究院化学工程及装备研究所)摘要对比了复混肥与尿素高塔造粒的异同，分析了国内外尿基复混肥高塔熔体造粒数值模拟研究的发展现状，同时结合成熟的计算流体动力学(cFD)软件，对塔内流场及颗粒运动进行分析，提高了对高塔造粒过程的认知。关键词复混肥高塔造粒·数值模拟CFD中图分类号TQ444文献标识码A文章编号0254-6094(2012)05-0547-05高塔熔体复混肥造粒工艺是利用熔融至特定温度

2、的含氮元素物料(尿素或硝酸铵等)作为基质熔融载体，与含磷和钾元素的粉体物料在热熔状态下搅拌、混合成具有一定流动性的低温共熔复合料浆¨’21，再通过专用的造粒喷头将其以液滴的形式喷出，液滴从造粒塔顶部自然下落，在下落过程中与造粒塔内上升的常温空气接触，冷却并自动收缩成圆球形固体颗粒。在塔底收集颗粒，输送至转鼓冷却设备进一步冷却，最后经筛分和涂膜后获得养分均匀、颗粒性状较好的复混肥料。混合槽温度、停留时间和料浆液固比是工艺过程的主要参数，控制得好有助于降低料浆的粘度，保证其流动性，减少副反应，降低氨损"’4

3、】。国外最早出现并发展成熟的高塔造粒技术主要有荷兰斯塔米卡本公司和挪威海德鲁公司"J。前者采用造粒塔喷淋造粒工艺生产硝酸磷酸铵钾，其原料氯化钾必须磨得细，以防造粒喷头孔眼堵塞；后者则用喷淋造粒塔制尿素磷酸铵和尿素磷酸铵钾。20世纪六、七十年代国外高塔造粒技术应用较为广泛，宁夏开元肥业2001年引进海德鲁技术，从而成为国内首家引进国外高塔工艺的企业。6。。1997年上海化工研究院进行科技攻关，于2004年在山东史丹利建成投产并一次性开车成功，打破国外垄断并在全国推广，随后设计建设了30多套装置。该高塔造粒

4、技术以熔融尿素、磷酸一铵及氯化钾等为原料，造粒塔喷淋造粒生产尿基氮磷钾复混肥。高塔复混肥上市初期便以其高氮性赢得市场青睐，含氮量可达30％以上，具有免追肥特点，受到农民追捧，同时也有助于缓解我国尿素产能过剩问题，受到尿素生产厂家的欢迎，随后在全国各地推广。据上海国家肥料检测中心统计，2007、2008年新取证的高塔复混肥企业54家，占新取证总数的近l／3。截止2008年底全国约建成100座高塔复混肥装置。虽然熔体塔式造粒制高浓度复混肥技术已经产业化，市场推广也取得了很好的成绩，但随着近几年的连续运转，高

5、塔造粒过程中逐渐暴露出诸多问题，如塔底颗粒温度过高、粒度分布不均匀、塔底粘料以及尾气温度偏低等。对此，一些学者进行了研究，但侧重点多集中于人塔前和出塔后两个阶段¨““，由于测量手段欠缺且精确度较低，对关键的塔内造粒过程鲜有研究，难以根本解决问题。目前国内复混肥造粒塔主要是借鉴尿素造粒塔模型进行设计的，对含悬浮固体的复混肥熔体造粒喷头和造粒塔的工程测试数据与理论研究严重缺乏。笔者主要通过对尿素和复混肥的区别进行分析，对国内外关于高塔造粒数值模拟研究进行了总结和分析。t上海化工研究院重点科研项目。${刘阿龙

6、，男，1979年7月生，高级工程师。上海市，200062。548化工机械2012年1尿素与复混肥高塔造粒过程的区别虽然复混肥塔式造粒与尿素塔式造粒过程基本原理相同，但两者仍有很大不同，主要差别为：a。，造粒物料的物理化学性质不同。尿素粘度2．33cp(140℃)，进料温度140℃，熔融液比热2．09kJ／(kg·‘℃)，固体比热1．86kJ／(kg·℃)，凝固点132．6℃，结晶热251kJ／kg；复合料浆粘度1200cp，进料温度125℃，熔融液比热1．49kJ／(kg·‘℃)，固体比热1．38kJ／

7、(kg·℃)，凝固点122．0℃，结晶热140kJ／kg，其中混合料浆以复混肥配比N：P205：K：0=24：12：12为例。b．同样直径的造粒塔(18m)产能不同。复混肥造粒设计产能是27．8t／h，而尿素造粒塔设计产能一般是48t／h，故复混肥造粒塔内气固比远大于尿素造粒塔内气固比，当然气固比还与塔内气流速度关系很大，理论上较大的气固比应该对颗粒冷却更加有利。c．颗粒粒径不同。颗粒直径差异对塔式造粒过程的影响非常大，尿素颗粒平均粒径一般在1．5mm左右，而塔式造粒复混肥颗粒平均粒径一般在2．4mm左

8、右。颗粒下降速度随产品粒径的增大而增加、降落时间减少、传热阻力增大、单位质量物料传热比表面积减小，所以颗粒粒径的增大，极大地影响了颗粒的冷却效果。d，造粒塔的结构形式不同。尿素造粒塔有效落程一般在50m左右，而现在的复混肥造粒塔有效落程一般在80m左右；且尿素造粒塔的恒温热气道(喷头层至塔顶通风口之问的通气道)高度一般在10m左右，而复混肥造粒塔恒温热气道高度一般在20m左右，恒温热气道对造粒塔内气体的热压头有一定的影响。e．喷头结构形式不